什么是5g网络切片_5g网络切片架构三层

什么是5g网络切片_5g网络切片架构三层2020年,相信很多小伙伴已经用上了5G手机,感受到了5G的网络带来的飞一般的感觉。不过,可能也有小伙伴会发出疑问:我买了5G手机,也体验了5G,好是好,但似乎也没有外界吹得那么神乎啊。不是说好的技术革命吗?就只是网速变快了而已?其实这背后主要有两个原因,一个是目前5G切实落地的应用还比较少,第二个就是目前5G的技术确实也还在演进过程中。我们回想一下5G的三大核心应用场景:增强型移动宽带(eMBB):更大的网络吞吐量、峰值速率和低延时;海量机器通信(mMTC):巨大的连

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2020 年,相信很多小伙伴已经用上了 5G 手机,感受到了 5G 的网络带来的飞一般的感觉。

不过,可能也有小伙伴会发出疑问:我买了 5G 手机,也体验了 5G,好是好,但似乎也没有外界吹得那么神乎啊。不是说好的技术革命吗?就只是网速变快了而已?

其实这背后主要有两个原因,一个是目前 5G 切实落地的应用还比较少,第二个就是目前 5G 的技术确实也还在演进过程中。

我们回想一下 5G 的三大核心应用场景:

增强型移动宽带(eMBB):更大的网络吞吐量、峰值速率和低延时;
海量机器通信(mMTC):巨大的连接数量,以支持海量物联网设备;
高可靠低时延通信(uRLLC):核心关注网络的高可靠性和超低时延。
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我们现在感受到的 “网速快”只是这三大应用场景的其中之一。5G 和 4G 真正的本质区别,在于支持海量的连接数和超低的时延。

换句话说,5G 真正强大的地方在于构建一个万物互联的世界。不仅手机要联网,手表也要联网,电视要联网,水表要联网,汽车也要联网…… 海量终端的使用场景,对网速、时延等方面的需求千变万化,而 5G 要把它们统统纳入一个统一的网络架构中。

对 5G 来说,这才是巨大的考验。

不过,目前这些海量的应用还没有广泛落地,而且我们要给技术演进一定的时间,简单说,就是还得等。

为了应对这种海量的网络需求,这其中有一个关键的技术,就是 5G 网络切片技术。

IT之家曾报道,在 11 月 19 日 – 21 日举行的中国移动全球合作伙伴大会上,中国移动联合紫光展锐等共同完成了业界首个 5G 终端切片目标方案的应用演示。
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这说明,5G 网络切片的落地已经走在路上,我们距离描绘中的万物互联的世界又前进了一步。

那么,这里关键的 5G 网络切片技术到底是什么呢?是像切片面包那样切吗?今天IT之家就和大家一起了解了解。

首先,我们需要了解一下移动通信网络的基础架构。

手机 A 给手机 B 发送一个信息,手机 A 发送的信号被基站 A 接收,基站 A 将信号进行一系列处理,然后通过承载网络发送到运营商的核心网络,核心网络再将信号进行处理,发送给基站 B,然后手机 B 接收从基站 B 发送过来的信号。

手机 A 和手机 B 就完成了一次通信。
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这其中,基站相当于接入网,负责传输信息的承载网络叫承载网,运营商的核心网络叫做核心网。

接入网、承载网和核心网是移动通信的基本架构。

打个比方,把我们使用的移动通信网络比作一条路,信息就是路上的各种交通工具,通过承载网在我们的手机和运营商的核心网之间来回传输。

过去在 2G 时代,手机主要是用来打电话发短信,因此在这条路上车辆的种类很少,比如说只有自行车和三轮车,而这些车辆彼此通行也没有先后顺序。
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到了 3G 时代,数据流量业务还是崛起,人们用手机不仅是打电话发短信,还用来上网、聊天等等。不同的应用对应不同的数据,也就是说,在路上的车辆种类变多了,不仅有自行车、三轮车,还有小轿车、救护车等等了。

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这么多车一起上路,就不能像以前一样由着大家一起随便开了。于是运营商制定了 “交通规则”,给不同的车划分不同类型的车道,到岔路口时,还根据用户实际的需求规定那种类型的车有优先通行的权利。

例如当到了岔路口时,救护车有权利优先通行,因为他们对时延要求很高,其它类型的车必须让它先走。
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这样以来,在 3G 网络业务变多的情况下,整个通信网络也能保证道路的流畅。

然后到了 4G 时代,移动通信的业务种类更多了,人们不仅要上网、聊天,还要看高清视频、玩手游、直播等等。这样一来,路上的车就更多了,大卡车、面包车、公交车、小货车、电动车之类的,都上路了。
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不过不要慌,通信行业大佬们说,我们严格贯彻 3G 时代的交通方针,划分更多的车道,然后将不同车型的通行优先级进行更精细的划分,而且,我们还把马路拓宽了,尽可能地减少道路拥挤。

这样一来,4G 时代应对复杂业务的需求也这样解决了。

不过到了 5G 时代,又不一样了。

我们刚才说,5G 要适应万物互联的需求,海量终端等着接入网络,这个业务的复杂性和 4G 完全不在一个量级上。

原来这条路上来来回回跑着很多汽车,现在可好,不仅要通汽车,还要通火车高铁,甚至有时候小飞机也要借这条路当跑道起飞降落,还有,这条路有时还得承办一些公开活动,什么马拉松啊之类的,总之就是承接的业务种类暴涨。

这怎么办呢?

人们从立交桥身上得到了灵感。对了,一条路不够走,可以分层啊,分层好多层,不就变成很多条路了?
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于是运营商们就开始在 5G 这条 “通信道路”上修剪起了立交桥,这立交桥有很多层,运营商还给这些桥层进行了分类,总共有 3 大类。

为什么有 3 类呢?因为前面我们说,5G 有 3 大应用场景:增强型移动宽带、海量机器通信、高可靠低时延通信。

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第一大类专门负责增强型移动宽带业务,第二大类专门负责高海量机器通信业务、第三大类专门负责高可靠低时延通信业务。

然后具体到每一层,我们再细分成更多的子楼层,供不同的交通工具使用。

这就相当于,原来一条路,被切成了好几层,每一层还要细切成很多子层,相当于车道,各司其职。

这一层一层的,像切片面包一样,其实就是所谓的 5G 网络切片技术。
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例如说,这立交桥的第一大层是负责强型移动宽带业务的,其中被切成了很多子层,有智能手机业务层、虚拟显示业务层等。

第二大层是专门负责海量机器通信业务的,其内部也被切成了很多子层,有智慧水表业务层、有智能停车业务层等。

而第三大层专门负责高可靠低时延通信业务,有自动驾驶的子层,远程医疗的子层等等。
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在 5G 的网络架构里,这三个大层和其中的子层各自分工合作,针对 5G 海量的应用场景分工合作,各自应对其擅长的业务,由此让整个网络有条不紊地运行,构成万物互联的基础。

那么,如此庞大的 “交通运输系统”,这么多的 “切片”,5G 是怎么做到统一管理的呢?

这就要回到我们前面所说的移动通信的基本架构了:接入网、承载网、核心网。

不论 5G 的技术细节怎么变,移动通信的这个基本架构是变不了的,所以我们就从这三个环节来看。

首先是接入网,粗略的理解其实就是基站。基站的作用就是接受、发射信号,并且对信号进行调制或解调,以及射频处理等。这个过程,是需要运算的。

5G 时代,基站数量会是 4G 时代的很多倍,不仅有外面的大基站,还有室内的微基站、皮基站、飞基站,如何对这这么多基站进行统一的管理而又不耗费非常高的成本呢?

这里有一个 NFV(“Network function virtualization”)网络功能虚拟化技术。刚才我们说,基站的运行是计算的功能,既然是计算,那么在某个时间里,那么多的基站肯定有很多基站的计算资源并没有用尽,甚至是空闲的。这些空闲的计算资源不用太可惜了。
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所以人们就想到,把这些空闲的运算资源集中起来,用虚拟化的技术进行统一调配。

过去基站的运算设备是专用的,而有了上面这个想法后,人们可以把通用服务器的运算资源集中起来,加上一个虚拟化层,运行具备基站运算的软件就行了。在此基础上,人们可以把网络中的计算资源划分成很多子硬件,进行统一管理,按需划分。

这个逻辑其实和云计算非常相似。

有了这个技术,加上对基站内部结构的重新构造,就可以在接入网层面支持网络切片,并对子切片进行管理。

在承载网层面也是类似,但主要是通过 SDN 技术支持网络切片。SDN 技术叫做 “Software Defined Network”,软件定义网络。

它的内含和机理很复杂,大意是过去上层用户发出请求时,需要通过网络服务提供商传达给网络上的每一个网络设备,再由设备的控制功能来控制设备进行数据转发,实现整个通信网络的数据流通。

随着网络中的数据越来越多,一旦传输计划有变更,网络服务提供商需要传达到每一个网络设备,效率低下。

SDN 就是在上层应用(上层用户和网络服务提供商)和基础网络设施之间加入一个控制层,它将设备的控制功能和转发功能分离,这样硬件厂商就不用针对每个硬件设计和安装对应的软件系统,使得硬件可以通用化。具体的控制转发功能由 SDN 控制层进行统一管理,这样就大大提高了运行效率。

打个比方,假如现在有一家影视公司,接金主爸爸的要求,找旗下的演员一起拍一部短片。在过去,这个流程是金主爸爸把需求告诉影视公司的老板,然后老板找到部门主管,部门主管挨个通知各个演员的经纪人,告诉他们需要演什么。经纪人再将需求通告给演员。
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不过呢,这个金主爸爸对短片作品的要求很严格,老是要改细节。每次一改动,部门主管都要再挨个给经纪人说一遍,而不同演员的档期不同,演员和演员之间也不了解,沟通起来非常困难,效率低下。

影视公司的老板一看,不高兴了,直接对主管说,你不要管这个事了!

然后,老板找来一个叫 SDN 的人来接替主管的活。

这个 SDN 是怎么干的呢?他首先把各个演员的经纪人给撤了,然后拉了个大群,有什么消息直接在群里对演员说。

同时,他还让演员把自己的档期都提报上来,他进行整理汇总之后,就可以掌握所有演员的整体安排,然后根据大家的情况和导演商量合理的拍摄时间。这样一来,整个效率就上来了,不同演员也能很好的安排自己的任务,活动进行地有条不紊。
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这大致就是 SDN 干的事情。

SDN 和 NFV 都是 5G 网络切片需要用到的关键技术,而且在接入、承载、核心三个环节其实都有用到,只是各自的侧重不同。

在核心网层面,主要通过叫做 SBA 架构(Service-based Architecture)的技术。

SBA 的基本理念是将原来的整体的拓扑化网络结构打散,拆分成一个一个负责单一小业务的网元,这些网元之间使用轻量化接口通信,有利于扩展、升级、分担负荷等,工作的时候,这些网元又会像拼图一样协作起来,以支持网络切片的应用。

这些是在纵向上的,在横向上,5G 的接入网、承载网、核心网也会彼此之间协同工作,这也和过去不同。过去这基础架构上的三个环节都是各扫自家门前雪,彼此间几乎没有协同,而现在不同了,需要无线、承载和核心网之间彼此共同组成端到端的 5G 网络切片功能,就必须保证三者之间的协同合作。

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总结来说,为了实现网络切片的功能,5G 的接入网、承载网和核心网不仅会改造自身的架构,让自己变得更加灵活、高效,以实现切片管理的功能,更要做到彼此间的协同合作,共同组成 5G 端到端的切片功能。

以上就是 5G 网络切片技术的大致内容。需要说明的是,IT之家这里只是从大概理念层面为大家做通俗讲解,实际在具体操作和技术层面,要复杂百倍。

最后我们再做一个归纳总结,就是 5G 真正的能量在于以一个统一的网络架构来构建未来万物互联的世界。因为万物互联,所以网络需要承载的业务种类空前多样,因为业务多样,所以要对网络进行切片、分割,让不同的切片各司其职;因为网络要切片,所以深入到 5G 的基础架构层面,也要做相应的技术改造,由此形成 5G 网络切片的整个体系。

而作为消费者的我们,还需要给 5G 的演进一些时间,而那个由它来变革的世界,一定在不远的未来等待着我们。

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